书城科普中国人一定要知道的科学常识
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第1章 科技常识(1)

工业科技

人的创造性

人的创造能力不受年龄的限制。有人总以为创造是一件很神秘的事情,觉得那是科学家才用的词语。这种想法是不对的,任何人都有创造力,包括青少年。

1982年8月,在上海举行的“第一届全国青少年科学创造发明比赛和科学讨论会”上,全国28个省、市、自治区选送了222件小发明作品和71篇小论文。其中有23件小发明作品和10篇小论文获得一等奖;67件小发明作品和27篇小论文获得二等奖。获奖者中,年龄最小的是天津市的一位小学一年级学生。他年仅7岁,发明了防近视架。此外,10岁儿童发明的自助喂鸡器、安全蚊香笼、稻田灌水水位控制器以及撰写的小论文《怎样辨别小公鸡和小母鸡》等,都有一定的实用价值。

由此可见,创造发明是不受年龄限制的,也不是高不可攀的。创造能力人皆有之,只要把自己的创造潜力充分发挥出来,任何“奇迹”都是可以创造出来的。

没有专利的发明创造

发明创造一旦授予专利权后,就受到了法律的保护。但是,并非所有的发明创造都能获得专利权。

发明创造不能获得专利有两种情况:一是发明的采用或者公布违反国家法律、公共利益或者社会公德;二是出于国家政策的考虑,某些发明创造不能授予专利权。

此外,我国专利法还规定,对科学发现、智力活动的规则和方法等,也都不授予专利权。这是因为,科学发现不同于发明创造,所以不授予专利权。智力活动的规则和方法,例如经营管理方法、工程建筑设计、教育方法、会计制度、广告方法以及信息传播等,都不是技术思想,与工农业上的制造,使用不发生直接关系,所以也在非专利之内。

变垃圾为宝

现代工业的飞速发展以及人口的大量增长,垃圾的排放量也呈现日益增长的趋势,全球每年新增垃圾80-100亿吨。垃圾侵占土地,堵塞河流,影响卫生,危害农作物生长和人体健康,造成了严重的环境污染。

有效处理垃圾,是我们环境保护和人类可持续发展的要求。科学研究表明,垃圾具有反复和循环利用的价值。首先要对垃圾进行分类回收,然后按垃圾的组成和性质进行不同方式的加工、处理。处理的主要方法有:

1.垃圾再生法:垃圾经分类后,对其中可直接利用的玻璃、金属、纸张书报等物质进行再回用;

2.垃圾焚烧发电法:这是世界各国普遍采用的方法,既能彻底消毒除害,又使垃圾变成了能源;

3.垃圾堆肥法:将垃圾转化为有机肥料,用于改良土壤;

4.垃圾生物降解法:运用具有多功能高降解能力的多种菌群,对垃圾进行分解。

垃圾的资源化处理,使其变废为宝、物尽其用。

电子商务

电子商务是通过互联网,在全球范围内实现消费者的网上购物、商户之间的网上交易和在线电子支付的一种新型的商业运营模式。用户可以联机订购无形货品,如购买服饰、食品,享受娱乐服务,使用电子信息服务,还可以在网上参与股票交易等。电子商务可以分为三个基本系统:信息服务、交易和支付。

电子商务不但能够大量减少人力、物力,降低成本,还突破了时间和空间的限制,使得交易活动可以在任何时间、任何地点进行,从而大大提高了效率。

多媒体

多媒体中的“媒体”是指文本(包括数据、文字、符号)、图形、图像、动画、声音、视频等。多媒体是指上述多种类型媒体组成的综合体,简单地说,是声、图、文的综合体。

多媒体通信是要利用通信网络综合地完成多媒体信息的传输和交换,显然,多媒体通信要比单一媒体通信复杂得多。要实现多媒体通信需要解决以下一些问题:一是各种媒体信息的数字化,即将各种媒体信息的统一表示为数字的形式;二是信息的压缩与解压缩,以减少各种媒体信息的储存量和传输量;三是多种媒体信息的混合传输和同步传输;四是大容量的高速传输技术。

利用多媒体通信技术,便有了图文电视。图文电视是一种新颖的电视播出方式,它采用一种数据广播技术,在电视台正常播出电视节目的同时,传送其他图文信息。

接收到带图文信号的电视节目后,普通电视机只能显示正常的电视节目,而图文电视机除了能显示正常的电视节目外,还能把图文信息解码后,显示在屏幕上。

太空对接

太空对接是指两个或两个以上的航天器(包括载人和不载人的航天器)太空飞行过程中在预定的时间和轨道位置相会,并在结构上连接成一个整体,形成更大的航天器复合体,去完成特定任务。它主要由航天器控制系统和对接机构完成。太空对接是实现航天站、航天飞机、太空平台和空间运输系统的太空装配、回收、补给、维修、航天员交换及营救等在轨道上服务的先决条件。两个航天器要实现对接不是一件易事,它涉及很多方面。

对接飞行操作,根据航天员介入的程度和智能控制水平,可分为手控、遥控和自主三种方式。1965年12月15日,美国“双子星座”6号和7号飞船在航天员参与下,实现了世界上第一次有人太空交会。1995年6月29日,美国“阿特兰蒂斯”号航天飞机顺利地与太空运行的俄罗斯“和平”号航天站对接成功。这次对接具有规模大、时间长,而且合作的项目多的特点,促进了国际航天站的建立,推动了航天技术的发展。

黑匣子

黑匣子又称自动记录器,它能自动记录飞机失事前30分钟内的多种数据资料,包括飞行速度、高度、航向、俯仰姿态、机内对话等等。黑匣子通常有两个,一个是座舱通话器,另一个是飞行记录器。

黑匣子一般安装在不易被火烧,也不易摔坏的飞机尾部,它能承受100倍于本身重量的载荷冲击和1吨的断裂载荷,而且经过一个月以上的海水、淡水和其他任何液体的浸泡而不受影响。

当飞机失事后,黑匣子每秒钟会发出一次讯号,一般讯号期有30天,但一般在20天后,讯号就会减弱,有时电池电力不足时,减弱时间也可能提早。

黑匣子是为飞机事故的分析提供重要情报的依据,有时候也是惟一的依据,所以失事后必须寻找它。

自转的运用

地球是由西向东旋转的,将人造卫星向东发射,就可以利用地球的惯性,好像“顺水推舟”一样,节省推力,从而节省燃料。地球运动的速度,随着纬度的不同也是不一样的。一般说,地球的运动速度随着纬度的增加而减小,赤道上的速度最大,南北两极为零。所以发射地点的纬度越高,火箭需要的推力也就越大。当然卫星发射最理想的效果,就是顺着地球自转的方向,在赤道附近以倾角为0发射。

由于各国的地理纬度不同以及不同需要,火箭不可能全在赤道附近发射,发射方向也不能全都正好由西向东,比如偏向东南或东北,但总不能离开这个“东”字。这都是为了要尽量利用地球的自转惯性,节省推力。

没有降落伞的客机

军用飞机发生事故或者被击毁时,驾驶员总会跳伞逃生,降落伞成了生命的护身符;可是客机上却没有降落伞。

虽然跳伞是很好的逃生手段,但对于那些没有经过训练的人来说,跳伞是相当危险的。在不明飞行高度以及速度,而且搞不清下方地形的情况下匆忙跳伞,许多伤亡是在所难免的。

假如客机为乘客准备降落伞,那么稍微有机械故障,或者机身微有晃动,一些不明真相的乘客要求跳伞,就会造成整个机厢乘客慌乱,甚至全体要求跳伞。事实上飞机的小晃动或者机械故障有可能是正常或能够排除的,然而,跳伞却会造成重大伤亡事故。

天上的卫星

据了解,我国至今已自行研制并成功发射了65颗卫星,其中目前仍在天上的通讯、气象、遥感、科学实验等卫星,共有20多颗。

人造卫星

人造卫星有很多是用肉眼完全能看到的,由于它们离地球只有数百或数千公里,地球的阴影很容易遮住它,所以,只能在黄昏和黎明时看到它们。

人造卫星是不会掉下来的。因为如果物体在运行速度达到每秒7。9公里以上,就不会被地球的引力拉回地面。成功发射的人造卫星进入轨道时的速度都在每秒7。9公里以上,如果不再受外力的影响,是不会掉下来的。

人造卫星的用途很广,勘探卫星能测量地形,调查地面资源,勘探地下矿藏;气象卫星能拍摄云图,观测风向和风速;间谍卫星能搜集军事情报;实验卫星能帮助科学家在太空中做许多地面不能做的实验;救援卫星能搜寻到遇难者发出的求救信号等。

太空行走

当第一批登月的宇航员阿姆斯特朗和奥尔德林走下登月舱开始在月球表面行走的时候,他们几乎每走一步都会摇摇晃晃,像个喝醉的酒鬼一样。经过一段时间的摸索和联系以后,他们才明白自己必须放弃在地球上两只脚交替行走的模式,而采用两脚同时用力的袋鼠式跳蹦方法,这才是最佳的行走姿势。奥尔德林对此总结道“你要非常小心记住自己的质量中心在什么地方,有时要走二三步才能弄清你身下还有两只脚”。

月球上要采用袋鼠蹦跳的方法来行走是地球和月球的重力不同而引起的。人类长期生活在重力较大的地球,两只脚交替行走时的力量、速度和重心的转移都已经习惯了,而在月球上,重力只是地球的1/6,而脚的蹲力却基本不变,致使重心在两脚先后迈步时候改变过猛,身体不由自主地摇晃。采用跳蹦式行走,身体的重心不再摇摆,可以稳步前进。

航天飞机的起、落

航天飞机是世界上第一种也是目前惟一的可重复利用的航天运载器。航天飞机一般由轨道飞行器、一个大型的外挂燃料箱和两台固体火箭助推器三大部分组成。外挂燃料箱和固体火箭助推器都是很重的,它们足足有十几层楼那么高。

航天飞机挂了那么重的负担,当然无法像普通飞机那样水平滑跑起飞,而且它受到的空气阻力也远远超过大型飞机。而且火箭发动机只能短时间工作,因此,航天飞机必须在最初一二分钟里垂直上升,尽快冲出稠密的低层大气。航天飞机先上升到几十千米高空,扔下两枚耗尽燃料的助推火箭。这些火箭用降落伞回收后可以重复使用。航天飞机再上升到100多千米高度时,庞大的外燃料箱的燃料业用完了,就会自动坠落。这时航天飞机本身的发动机足以把它送上几百千米高的轨道。当航天飞机返航时,早已摆脱了累赘的外挂物,就能像滑翔机一样飘然降落。

太空增高

前苏联宇航员尤里?洛玛曼柯43岁的时候,在太空站生活了326天以后回到地面上的时候,竟然身体长高了1厘米。

人的脊椎骨是由33块骨头组合而成的,其中绝大多数骨头中间由椎间盘所分隔。椎间盘是一种坚韧的纤维状组织,起保护脊柱的作用。在太空的条件下,由于地球的地心引力不存在了,脊柱骨因为得到舒展而延伸,所以生活了一段时间以后,人就会长高了。

这种长高与人的正常情况下的长高是不一样的,正常的增高是由于人体内较大的骨头的两端长出新的骨膜,并不断积累的结果。而太空中宇航员的增高是在太空的特定条件下发生的,当他返回地球的时候,就很快会恢复原样了。

飞机里的新鲜空气

坐过飞机的人都知道,飞机虽然在万米高空飞行,机舱里面依旧空气新鲜。

这是因为飞机上有一套设备,这套设备将外界低温低压的空气吸入后加压、增温、过滤,然后通过专门的通道送入机舱,舱内用过的空气,通过机舱中的空气压力系统,被迫流向脚踏的地板缝隙,沿着固定的管道排出机舱。

另外,机舱中还有单独的通风系统,直接通到每位乘员的座位上,需要时打开开关,空气就会源源不断的流出来,流量还可以自行调节。

宇航员

做一名航天员是无数人的梦想,世界上第一艘载人飞船“东方1号”的驾驶员加加林是人类历史上的第一位宇航员,被人们称为英雄。

一位优秀的宇航员必须具备较高的综合素质和一定的条件,职业宇航员必须年龄在40岁以下,身高在1.5米到1.9米之间,体重与身高协调,并且有1000小时以上飞机驾驶经验,学士学位以上学历,身体健康、意志坚强,有献身精神。

在太空飞行的过程中,还需要专门人才来做许多科学实验,所以宇航员除了必须具备出色的身体、心理、思想和知识等素质以外,还必须具有特殊的耐力,经得起失重、超重、低气压和孤独的考验,而且还需要有丰富的科学知识。

世界上第一个宇航员是前苏联的加加林。1961年4月21日,他乘坐“东方1号”飞船进入太空,绕地球飞行一周,历时108分钟。

1969年7月21日,美国的阿姆斯特朗穿着舱外宇航服,走出登月舱,第一个在月球上留下了人类的足迹。当时,他说:“这是我的一小步,却是人类的一大步。”

太空度假

在以前,到太空旅游还只是科幻小说中的情节,但是现在梦想很快就将成为现实。科学家甚至计划在月球上建造一个太空基地,欢迎地球上旅客前去观光旅游。在2001年和2002年,美国人丹尼斯?蒂托和南非人马克?沙特尔沃思分别作为“游客”造访太空之后,2005年,60岁的美国富翁格雷戈里?奥尔森成为地球上的第3位“太空游客”。目前,太空旅游并不是普通人能承受的,比如15天的绕月之旅报价就高达1亿美元。当然,旅客不仅要支付巨额的旅游费,而且为了适应太空环境,身体也接受了严格考验。也就是说,仅仅有钱是不够的,还要有一个健康的身体才能享受太空旅游。

不过,相信随着科技的迅速发展,普通人的太空旅游并不只是空谈。到那时,普通人也可以到太空去度假了。

弹射座椅

1983年9月27日,前苏联的拜科努尔航天发射场上,“联盟T-10A”宇宙飞船即将升空,在起飞的瞬间,运载火箭的一级发动机发生了爆炸。就在这个时候,火箭顶端的救生塔突然打开,把两名航天员弹射到1千米以外的安全区,航天员死里逃生,这就是弹射座椅的功劳。

载人航天是一项高风险的事业,从起飞、运行到返回地面,随时都可能出现意想不到的情况。从1961年第一名航天员升入太空以来,前苏联和美国已经有14名航天员在航天活动中不幸遇难了。因此,人们设计了一整套的应急救生装置,把拯救宇航员的生命作为最大的事情。弹射座椅就是这些救生装置中的其中之一。载人航天器在上升飞行阶段,一般使用弹射座椅或救生塔,在返回阶段一般采用弹射座椅或分离座舱。

直升飞机

一切物体都有重力的,所以高高抛起的重物总会落到地面,可是沉重的飞机却能在天空飞翔,这是有原因的。